réacteur chimique

ENCADREE PAR :
M.A. ESSADKI
ELLAOUZI MANAR
BENZAIRA FATIHA
DARROSSI CHAIMAA
FATHI SOKAYNA
OULHAZZAN YASMINE
SOMMAIRE :
INTRODUCTION
I.
GENERALITES SUR LES MOTS CLES
1. Les deux types de réacteurs
a) Le réacteur parfaitement agité
b) Le réacteur a piston
2. La réaction de saponification
MANIPULATION
II.
1. But et principe de manipulation
2. Les étapes de manipulation
a. Le réacteur parfaitement agité
b. Le réacteur a piston
III.
LES RESULTAS EXPERIMENTALES
1. Sur Le réacteur parfaitement agité
2. Sur Le réacteur à piston
IV.
CONCLUSION ET COMPARAISON
1|Page
GROUPE 8
Introduction :
Le cœur d'une usine chimique est le réacteur chimique.
Le terme réacteur chimique désigne tout appareil permettant de
réaliser une réaction chimique. C’est-à-dire, de transformer des
réactifs chimiques en d'autres produits chimiques plus utiles.
L'objectif de base du dessin d'un réacteur est de parvenir à
produire un produit de qualité spécifiée, à un débit donné, à partir
de réactifs connus. C’est-à-dire la mise en œuvre optimale des
procédés de transformations physico-chimiques des matières
premières en produits plus utiles.
On appelle réacteur tout appareillage permettant de
réaliser une réaction chimique ou biochimique, c’est‐à‐dire de
transformer des espèces moléculaires en d’autres espèces
moléculaires. Néanmoins, cette appellation est limitée aux cas où
la transformation (ou conversion) est effectuée dans le but de
produire une ou plusieurs espèces chimiques déterminées ou
d’éliminer d’un mélange un ou plusieurs composés. Par contre,
cette définition exclut les systèmes qui réalisent une réaction
chimique à d’autres fins, par exemple la production d’énergie.
Le but de cette manipulation est d'étudier une réaction de
saponification Cette réaction aura pour finalité la production
d'acétate de sodium et éthanol, à partir de 2 composés, le soude et
l'acide d’éthyle. Cette expérience se déroule dans des réacteurs
considérés comme idéaux : réacteur parfaitement agité, réacteur
piston.
2|Page
GROUPE 8
1. Les deux types de réacteurs
Un tel réacteur comporte essentiellement une cuve munie d’un système d’agitation,
d’une tubulaire d’alimentation et d’une tubulaire de soutirage. Dans son principe, le
fonctionnement d’un réacteur parfaitement agité est simple, on suppose qu’en tout point
d’un tel appareillage les variables intensives tel que la concentration ou la température ont
la même valeur
Un réacteur parfaitement agité est un réacteur dans lequel la composition est la même en
tout point et à tout instant.
C’est un réacteur tubulaire à écoulement piston. Ce terme signifie que réactifs et
produits progressent en bloc (comme un piston dans un cylindre) en tranches parallèles
successives n'échangeant pas de matière entre elles (il n’y a pas de mélange), la
composition évolue le long du réacteur au fur et à mesure que la réaction se produit.
Le Réacteur piston en régime permanent convient aux réactions rapides, au traitement de
grandes quantités de produits bon marché, il est bien adapté pour fonctionner sous
pression. On arrive à une excellente qualité de produits mais les servitudes de
fonctionnement et de régulation peuvent constituer un investissement coûteux. Il est très
employé dans l'industrie de pétrole par exemple. L’écoulement de type piston est réalisé
lorsque l’on fait circuler à grande vitesse un fluide peu visqueux dans un tube (la charge
progresse en bloc sans se mélanger le long de l’axe du réacteur); il est caractérisé par un
temps de séjour unique pour toutes les molécules.
3|Page
GROUPE 8
2.La réaction de saponification
On rencontre dans la littérature différentes définitions de la saponification. Pour
certains, Davidsohn, la saponification est le procédé, ou la réaction, qui donne comme produit
final un sel d’acide gras (de C7 à C20) appelé savon. Cette définition est devenue trop générale
et recouvre plusieurs réactions comme la neutralisation d’un acide gras par une base. En fait,
le terme saponification vient bien de la réaction formant un savon, mais il faut être restrictif
et le limiter à la réaction utilisant des esters d’acides gras comme matière première.
On peut donc définir la saponification d’une façon plus précise comme étant l’hydrolyse
alcaline d’un ester d’acide gras comme étant l’hydrolyse alcaline d’un ester d’acide gras. La
réaction de saponification mettra donc en œuvre un ester d’acide gras et une base pour
donner un savon et un alcool.
Elle s’écrit :
Ester d’acide gras + base = savon + alcool gras
A T=200C On trouve k=0,11 L/mol.s.
1. Les étapes de manipulation :
➢ Mesure du volume du réacteur :
-Mettre de l’eau dans les bacs de réactifs A et B.
-Régler la hauteur de tube de trop plein.
- En appuyant sur ‘PUMP A’ ou sur ‘PUMP B’.
-Après remplissage du réacteur, on le vide et on mesure le volume.
-Après mesure le débit.
➢ Fixation du débit :
Réacteur parfaitement agite :
Pour déterminer le débit dans ce type de réacteur, on doit d’abord fixe la fréquence et la
course de notre pompe, la solution qu’on souhaite à pomper va remplir les deux ampoules A
et B, et on mesure le volume de solution et le temps de remplissage, on peut déduire par la
suite le débit et le temps de passage par les relations suivantes :
4|Page
GROUPE 8
𝑉𝑎
QA=
𝑡
, Q B=
𝑉𝑏
𝑡
, 𝜏=
𝑉𝑅
𝑄𝑎 +𝑄𝑏
Réacteur piston :
Pour obtenir des résultats précis et fiable, et pour qu’on puisse comparer les taux de
conversions de chacun de ces deux recteurs, on doit respecter le même temps de passage que
celle de premier réacteur
Pour cela on doit faire un étalonnage pour déterminer la fréquence et la course convenable
pour obtenir le même temps de passage τ.
➢ Manipulation :
-Remplir le bac A avec la soude et le bac B avec la solution d’acétate d’éthyle.
- En appuyant sur ‘PUMP A’ et sur ‘PUMP B’.
-Mettre l’agitation.
-Fixer la température(14.9°C).
-Fixer les débits pour chaque réactif.
2. Dosage direct :
-En prendre des échantillons au remplissage du réacteur et après chaque 5min.
-Prendre un volume de 25ml d’échantillon et verser dans une
erlenmeyer.
-Ajouter 2 à 3 gouttes d’indicateur coloré(phénophtaléine).
-Remplir la burette avec la solution d’acide chlorhydrique (HCl).
-Titrer NaOH jusqu’au point d’équilibre (la solution était rose).
-Noter le volume à équivalence.
3. Dosage indirect :
- Prendre un volume de 25ml d’échantillon et verser dans une
erlenmeyer, et rapidement on ajouter la quantité d’HCl en excès pour
stopper la réaction.
-Ajouter 2 à 3 gouttes d’indicateur coloré(phénophtaléine).
-Remplir la burette avec la solution de NaOH.
-Titrer jusqu’au point d’équilibre (la solution était rose).
5|Page
GROUPE 8
III.
1.Réacteur parfaitement agité :
Après faire les mesures on obtenir les résultats suivants :
➢ Le volume de réacteur :
𝑉𝑇 = 3750 𝑚𝑙
➢ Calcule les débits A et B et le temps de passage :
On fixe la fréquence et la course à même valeur (70 Hz) et on déduire les débits :
•
Le débit Qa : 𝑄𝑎 =
•
Le débit Qb : 𝑄𝑏 =
𝑉𝑎
=
𝑡
𝑉𝑏
100∗10−3
=
= 1.29 ∗ 10−3 𝑙/𝑆
77
100∗10−3
= 1.1 ∗ 10−3 𝑙/𝑆
𝑡
91
𝑉𝑅
3750∗10^−3
𝜏=𝑄 =(1,29+1,1)∗10^−3=26 min
𝑇
•
9S
➢ La concentration de NaOH à l’entrée :
𝐶𝐴𝑒 =
(𝐶𝐴0 𝑄𝐴 +𝐶𝐵0 𝑄𝐵 )
𝑄𝐴 +𝑄𝐵
(0.1∗1.29)
𝐶𝐴𝑒 = (1.29+1.1)
𝐶𝐴𝑒 = 0.0539 𝑚𝑜𝑙/𝑙
❖ Dosage direct :
N HCL
= C2
t(mn)
Ve
(volume
de HCL )
t0
V1
5ml
t0+5 mn
0,1 N
t0+10 mn
5,7ml
4,9ml
C1 = Cas (concentration ) de NaoH
a la sortie (mol/l)e
0,02
25 ml
0,0228
0,0196
➢ Constante cinétique :
𝐾2 =
𝐾2 =
𝑄𝑇 (𝐶𝐴𝑒 −𝐶𝐴𝑆 )
2
𝑉𝑇 𝐶𝐴𝑆
(1.29+1.1)∗(0.0539−0.0208)
3750∗0.02082
𝐾2 = 0.047𝑙. 𝑚𝑜𝑙 −1 . 𝑠 −1
➢ Taux de conversion :
6|Page
GROUPE 8
𝑥=
𝐶𝐴𝑒 −𝐶𝐴𝑠
𝑥=
𝐶𝐴𝑒
0.0539−0.0208
𝑥 = 0.61 = 61.1%
0.0539
❖ Dosage indirect :
t (mn)
V
N
V naoh,dos
échantillion Cas(mol/l)
naoh,dos
(ml)
(ml)
V hcl en
exes
N hcl
T0
20
t0+5mn
0,1
14
20
t0+10 mn
0,1
14,7
20
14,8
0,024
25
0,0212
0,0208
➢ Constante cinétique :
𝐾2 =
𝐾2 =
𝑄𝑇 (𝐶𝐴𝑒 −𝐶𝐴𝑆 )
2
𝑉𝑇 𝐶𝐴𝑆
(1.29+1.1)∗(0.0539−0.022)
3750∗0.0222
−1 −1
𝐾2 = 0.042𝑙. 𝑚𝑜𝑙
.𝑠
➢ Taux de conversion :
𝑥=
𝑥=
𝐶𝐴𝑒 −𝐶𝐴𝑠
𝐶𝐴𝑒
0.0539−0.022
0.0539
𝑥 = 0.591 = 59.1%
2. Réacteur à piston :
Après faire les mesures on obtenir les résultats suivants :
➢ Le volume du réacteur :
𝑉𝑅 = 2000 𝑚𝑙
➢ Calcule les débits A et B et le temps de passage :
❖ On laisse la pompe à même valeur f=70 Hz
𝜏=
𝜏2=
2
𝑉𝑅
𝑄𝑇
=13 min56s donc τ2≠ τ
2,39∗10^−3
❖ à f=50Hz
𝑉𝑎
•
Le débit Qa : 𝑄𝑎 =
•
Le débit Qb : 𝑄𝑏 =
=
𝑡
𝑉𝑏
𝑡
100∗10−3
=
= 6.71 ∗ 10−4 𝑙/𝑆
149
100∗10−3
170
= 5.88 ∗ 10−4 𝑙/𝑆
7|Page
GROUPE 8
•
2
𝜏3=
=26min28s
(6.71+5.88)∗10^−4
Donc 𝝉 = 𝝉3
 Alors, nous choisissons la deuxième valeur du 𝜏 parce que la plus convenable.
➢ La concentration de NaOH à l’entrée :
𝐶𝐴𝑒 =
(𝐶𝐴 𝑄𝐴 +𝐶𝐵 𝑄𝐵 )
𝑄𝐴 +𝑄𝐵
0.2∗6071∗10^−4
𝐶𝐴𝑒 = (6.71+5.88)∗10^−4
𝐶𝐴𝑒 = 0.105 𝑚𝑜𝑙/𝑙
❖ Dosage direct :
echantillon
echantillon Veq C1
echantillon Veq C1
3 t0+10
Veq
1 (t0)
ml (mol/l) 2 t0+5min (ml) (mol/l) min
ml C1(mol/l) Cm(mol/l)
1
16
0,064
1
12
0,048
1
12,3
0,0492
0,0537
2
8
0,032
2
7
0,028
2
6,7
0,0268
0,0289
3
5,5
0,022
3
5
0,02
3
4
0,016
0,058
➢ Taux de conversion :
𝑥=
𝑥=
𝐶𝐴𝑒 −𝐶𝐴𝑠
𝐶𝐴𝑒
0.106−0.0305
0.106
= 71.22
❖ Dosage indirect :
echantillon Veq
echantillon
C1
C1(mol/l)
Veq (ml)
1 (t0)
(ml)
2 t0+5min
(mol/l)
1
2
3
6,5
10,5
11
0,054
0,038
0,036
𝑥=
1
2
3
2,6
11
13
0,0696
0,036
0,028
echantillon V
Cas
3 t0+10 eq
1
min
ml
1
2
3
3
7
8
0,068 0,063867
0,052 0,042
0,048 0,037333
𝐶𝐴𝑒 −𝐶𝐴𝑠
𝐶𝐴𝑒
8|Page
GROUPE 8
Cm
𝑥=
0.106−0.0477
0.106
= 54.96%
 On remarque que pour la constante de vitesse k de la
réaction de saponification dépend de la température
dans laquelle notre rection va se déroule. On trouve que
k=0,04L /mol.s pour T=14,9°C, et k= 0,11 L/mol.s pour
T=20°C. Ces résultats suivent la loi d'Arrhenius :
k = Ae-Ea/(RT) avec T est la température absolue (en
Kelvins).
 On note aussi une différence au niveau des
concentrations de sortie pour le dosage direct et le
dosage en retour pour les deux réacteurs, on trouve que
celle déterminée par le dosage direct est supérieur à celle
qui est déterminée par le dosage en retour. Et on note
que ça s’influence sur le taux de conversion. X (dosage
direct) est supérieure à X (dosage en retour), en effet
cette différence s’explique par l’ajout de HCl en excès qui
bloque la réaction de saponification ce qui donne par la
suite une diminution au niveau de concentration de
NaOH (Cas).
 D’après les calculs des taux de conversions, on peut
conclure que le réacteur en écoulement piston est plus
performent que le réacteur parfaitement agite.

Cette manipulation nous montre plusieurs
informations sur ces deux types de réacteur et les
différences entre eux, leurs caractéristiques cinétique et
leurs performances en appliquant des méthodes et des
opérations bien précis.
9|Page
GROUPE 8